การปรับสภาพด้วยโคโรนาจากการปล่อยประจุไฟฟ้า

การปรับสภาพด้วยโคโรนาจากการปล่อยประจุไฟฟ้า

ประเด็นสำคัญ

• โคโรนาทำให้อากาศโดยรอบแตกตัวเป็นไอออนข้ามช่องว่างเล็กๆ ระหว่างอิเล็กโทรดกับพื้นผิวที่ต่อสายดิน เกิดเป็นพลาสมาอุณหภูมิต่ำ
• อินพุตทั่วไปคือ 10–30 kV AC ที่ป้อนให้อิเล็กโทรดแบบแหลมหรือแบบลูกกลิ้ง
• เพิ่มพลังงานพื้นผิวเพื่อให้หมึกและกาวเปียกบนฟิล์มพอลิเอทิลีน พอลิโพรพิลีน และพอลิเอสเทอร์
• แทบไม่มีความสามารถในการทำความสะอาด ต้องขจัดสิ่งปนเปื้อนก่อนปรับสภาพ ไม่ใช่ให้โคโรนาขจัด

การปรับสภาพด้วยโคโรนาจากการปล่อยประจุไฟฟ้า

การปรับสภาพด้วยโคโรนาจากการปล่อยประจุไฟฟ้าเพิ่มพลังงานพื้นผิวของฟิล์ม แผ่น และเว็บพลาสติก โดยผ่านการปล่อยประจุไฟฟ้าแรงดันสูงความถี่สูงในอากาศที่ความดันบรรยากาศ เป็นการปรับสภาพหลักในงานแปรรูปเว็บต่อเนื่อง ได้แก่ การเคลือบแบบอัดรีด บรรจุภัณฑ์ยืดหยุ่น วัสดุฉลาก และการพิมพ์ฟิล์ม เพราะรวดเร็ว ถูกต่อตารางเมตร และผสานเข้ากับสายการผลิตได้โดยตรง

โครงสร้างของเครื่องโคโรนา

เว็บผ่านช่องว่างแคบระหว่างอิเล็กโทรดแรงดันสูงกับลูกกลิ้งต่อสายดิน พื้นผิวหนึ่งในสองด้านมีชั้นฉนวนหุ้ม การป้อนแรงดันสูงความถี่สูงข้ามช่องว่าง โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 10–20 kV ที่ 10–30 kHz ทำให้อากาศแตกตัวเป็นไอออน เกิดการปล่อยประจุสีม่วงที่มองเห็นได้ ซึ่งเป็นที่มาของชื่อกระบวนการ

สปีชีส์ออกซิเจนว่องไวที่เกิดจากการปล่อยประจุออกซิไดซ์พื้นผิวพอลิเมอร์ ต่อหมู่ไฮดรอกซิล คาร์บอนิล และคาร์บอกซิลเข้ากับโครงหลักไฮโดรคาร์บอน ฟิล์มพอลิเอทิลีนและพอลิโพรพิลีนที่ไม่ได้ปรับสภาพแทบพิมพ์ไม่ได้ เปลี่ยนจากราว 30 dyne/cm เป็น 40–46 dyne/cm ได้เป็นประจำในรอบเดียว

ปริมาณพลังงานและการควบคุม

การปรับสภาพด้วยโคโรนาวัดเชิงปริมาณเป็นความหนาแน่นวัตต์ คือกำลังที่ส่งต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลา โดยทั่วไปแสดงเป็น W·min/m²

ความหนาแน่นวัตต์ = กำลัง (W) ÷ [ความกว้างเว็บ (m) × ความเร็วสายการผลิต (m/min) × จำนวนด้านที่ปรับสภาพ]

การคงความหนาแน่นวัตต์ให้คงที่คือสิ่งที่ทำให้ระดับไดน์คงที่เมื่อความเร็วสายการผลิตเปลี่ยน เครื่องปรับสภาพที่ตั้งถูกต้องที่ 100 m/min จะปรับสภาพไม่พอที่ 200 m/min เว้นแต่จะเพิ่มกำลังตามสัดส่วน

ปัญหาที่เป็นลักษณะเฉพาะ

• การเสื่อมของผลการปรับสภาพ ฟิล์มที่ปรับสภาพด้วยโคโรนาสูญเสียพลังงานพื้นผิวภายในหลายวันถึงหลายสัปดาห์ เมื่อสายโซ่พอลิเมอร์จัดเรียงตัวใหม่และวัสดุที่ถูกออกซิไดซ์ซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุลต่ำเคลื่อนย้าย สารช่วยลื่นและสารกันติดเร่งการสูญเสีย ม้วนวัสดุควรถูกพิมพ์หรือลามิเนตภายในช่วงเวลาที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว ไม่ใช่หลังจากนั้นหลายเดือน
• การปรับสภาพด้านหลัง การปล่อยประจุอาจอ้อมไปยังเว็บที่บางหรือแคบและปรับสภาพหน้าตรงข้าม ทำให้เกิดการติดกันในม้วนที่พัน การหุ้มลูกกลิ้งและการตั้งช่องว่างที่ถูกต้องช่วยควบคุมปัญหานี้
• รูเข็มและรูพรุนระดับจุลภาค ความหนาแน่นวัตต์มากเกินไปบนฟิล์มบางอาจเจาะทะลุหรือสร้างชั้นขอบที่อ่อนแอและออกซิไดซ์เกิน ซึ่งล้มเหลวแบบโคฮีซีฟ การปรับสภาพมากขึ้นไม่ได้ดีกว่า
• โอโซน เกิดขึ้นต่อเนื่อง ต้องมีการดูดและการทำลาย
• รูปทรง กระบวนการเหมาะกับเว็บสองมิติ ชิ้นส่วนขึ้นรูปสามมิติต้องใช้เฟลมพลาสมา พลาสมาความดันบรรยากาศ หรือพลาสมาแก๊สเย็นแทน

การวัด

ปากกาไดน์และสารละลายแรงตึงผิวตาม ASTM D2578 ยังเป็นการตรวจมาตรฐานหน้างาน โดยใช้ตลอดความกว้างของเว็บเพื่อยืนยันความสม่ำเสมอ ไม่ใช่ที่จุดเดียว ความแปรปรวนจากขอบถึงกลางเป็นข้อบกพร่องที่พบบ่อยและมองข้ามได้ง่าย สำหรับงานตรวจสอบความถูกต้อง การวัดมุมสัมผัสให้ค่าพลังงานพื้นผิวเชิงปริมาณ ซึ่งเป็นแนวทางที่ระบุไว้ในศาสตร์แห่งการแก้ปัญหาการยึดเกาะของพลาสติก

เป้าหมายความหนาแน่นวัตต์ในทางปฏิบัติ

ความหนาแน่นวัตต์เป็นตัวแปรควบคุม แต่ตัวเลขที่สำคัญคือระดับไดน์ที่ได้บนวัสดุรองรับที่กำหนด ต่อไปนี้เป็นช่วงที่พบบ่อยในงานแปรรูปเว็บ ควรถือเป็นจุดเริ่มต้นของการทดลอง ไม่ใช่ข้อกำหนด เพราะชุดสารช่วยลื่นและสารกันติดเปลี่ยนข้อกำหนดไปมาก

กำหนดข้อกำหนดจากหมึก กาว หรือสารเคลือบที่ใช้จริง แทนเป้าหมายไดน์ทั่วไป ข้อกำหนดที่ระบุ 42 dyne/cm เพียงเพราะอุตสาหกรรมมักพูดว่า 42 dyne/cm เป็นข้อกำหนดที่ไม่มีใครทดสอบ

การแก้ปัญหาสายการผลิตโคโรนา

ตำแหน่งของโคโรนาในบรรดาการปรับสภาพ

ศัพท์และเอกสารที่เกี่ยวข้อง

• บริการปรับสภาพด้วยโคโรนาจากการปล่อยประจุไฟฟ้า
• วิธีปรับสภาพพื้นผิวพอลิเมอร์ทั้งหมด
• เทคโนโลยีขั้นสูงสำหรับการตกแต่งพอลิเอทิลีน
• การพิมพ์อิงก์เจ็ทและการยึดเกาะของพอลิเมอร์ที่มีพลังงานพื้นผิวต่ำ

การประยุกต์ใช้ในการผลิต

The Sabreen Group ให้การสนับสนุนด้านวิศวกรรมอย่างเป็นอิสระสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการปรับสภาพด้วยโคโรนาและการแก้ปัญหาการปรับสภาพเว็บ ไม่ว่าจะเป็นการกำหนดกระบวนการ การรับรองวัสดุ หรือการแก้ปัญหาในสายการผลิต ทีมบริการด้านวิศวกรรมพร้อมให้ความช่วยเหลือ ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับการใช้งาน

คำถามที่พบบ่อย

การปรับสภาพด้วยโคโรนาจากการปล่อยประจุไฟฟ้าคืออะไร

การปรับสภาพพื้นผิวที่ป้อนสนามไฟฟ้าแรงดันสูงข้ามช่องอากาศเล็กๆ ทำให้อากาศโดยรอบแตกตัวเป็นไอออนเป็นพลาสมาคล้ายแปรงจางๆ ใกล้พื้นผิววัสดุ สปีชีส์ว่องไวที่เกิดขึ้นออกซิไดซ์พื้นผิว เพิ่มพลังงาน เพื่อให้หมึก กาว และสารเคลือบเปียกได้

การปรับสภาพด้วยโคโรนาใช้แรงดันไฟฟ้าเท่าใด

กระแสสลับ โดยทั่วไประหว่าง 10 ถึง 30 kV ป้อนให้อิเล็กโทรดแบบแหลมหรือแบบลูกกลิ้ง สนามที่เข้มข้นทำให้โมเลกุลอากาศโดยรอบแตกตัวเป็นไอออน สร้างสปีชีส์ออกซิเจนว่องไวและโฟตอน UV ที่ปรับเปลี่ยนพื้นผิว

วัสดุใดได้ประโยชน์จากการปรับสภาพด้วยโคโรนามากที่สุด

พอลิเมอร์ที่มีพลังงานพื้นผิวต่ำซึ่งต้านทานการยึดติด โดยเฉพาะฟิล์มพอลิเอทิลีน พอลิโพรพิลีน และพอลิเอสเทอร์ ใช้กันอย่างแพร่หลายก่อนการพิมพ์ การลามิเนต การเคลือบ และการยึดติดด้วยกาวบนวัสดุรองรับเหล่านี้

การปล่อยประจุโคโรนาทำความสะอาดพื้นผิวด้วยหรือไม่

โดยพื้นฐานไม่ โคโรนาแทบไม่มีความสามารถในการทำความสะอาด จึงต้องขจัดสิ่งสกปรก จาระบี น้ำมัน ซิลิโคน สารปลดแม่พิมพ์ และสารช่วยลื่นก่อนปรับสภาพ การปรับสภาพทับสิ่งปนเปื้อนเพียงกระตุ้นสิ่งปนเปื้อน ไม่ใช่วัสดุรองรับ

การปรับสภาพด้วยโคโรนาคงอยู่ได้นานเท่าใด

ผลการปรับสภาพเสื่อมตามเวลา และอายุการเก็บขึ้นกับเรซิน สูตร และสภาพแวดล้อมการเก็บ วัสดุโมเลกุลต่ำที่เคลื่อนมาที่พื้นผิวค่อยๆ ลดผล จึงควรยึดติด เคลือบ หรือพิมพ์โดยเร็วที่สุดเท่าที่ปฏิบัติได้

ควรใช้ความหนาแน่นวัตต์เท่าใด

ค่าใดก็ตามที่รักษาระดับไดน์ตามที่หมึก กาว หรือสารเคลือบต้องการจริง ตัวเลขควรมาจากการทดลองกับเคมีจริง ไม่ใช่ตัวเลขทั่วไปของอุตสาหกรรม ฟิล์มพอลิโอเลฟินมักเปลี่ยนจากราว 30 dyne/cm ก่อนปรับสภาพเป็น 38–44 dyne/cm หลังปรับสภาพ ส่วน PET และไนลอนเริ่มสูงกว่าและตั้งเป้า 46–52 ควรคงความหนาแน่นวัตต์ ไม่ใช่กำลัง ให้คงที่เมื่อความเร็วสายการผลิตเปลี่ยน

เหตุใดการยึดเกาะจึงล้มเหลวทั้งที่ค่าไดน์ตรงเป้าหมาย

เกือบทุกครั้งคือการปนเปื้อน โคโรนาแทบไม่มีความสามารถในการทำความสะอาด จึงกระตุ้นสิ่งใดก็ตามที่อยู่บนพื้นผิว ได้แก่ การซึมออกของสารช่วยลื่น น้ำมันคอมเพรสเซอร์ที่หลุดมา สารปลดแม่พิมพ์ หรือซิลิโคนในอากาศ ปากกาไดน์อ่านพลังงานพื้นผิวของสิ่งปนเปื้อนได้อย่างสบายๆ ควรหาและกำจัดต้นตอ แทนที่จะเพิ่มระดับการปรับสภาพ ซึ่งไม่ช่วยอะไร

เก็บม้วนที่ปรับสภาพด้วยโคโรนาไว้ก่อนพิมพ์ได้หรือไม่

ได้เฉพาะภายในช่วงเวลาที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว ฟิล์มที่ปรับสภาพสูญเสียพลังงานพื้นผิวภายในหลายวันถึงหลายสัปดาห์ เมื่อสายโซ่พอลิเมอร์จัดเรียงตัวใหม่และวัสดุโมเลกุลต่ำเคลื่อนกลับมาที่พื้นผิว และสารช่วยลื่นกับสารกันติดเร่งการสูญเสีย ควรกำหนดช่วงเวลาสำหรับฟิล์มและสภาวะการเก็บที่เฉพาะเจาะจง บังคับใช้ และวัดระดับไดน์ตลอดความกว้างใหม่ในม้วนที่เก่าแล้วก่อนเดินเครื่อง

---

คำถามที่พบบ่อย

การปรับสภาพด้วยโคโรนาคืออะไร

การปล่อยประจุโคโรนาแบบดั้งเดิม หรือการปล่อยประจุผ่านชั้นกั้นไดอิเล็กทริก ใช้เครื่องกำเนิดและอิเล็กโทรดบนแหล่งจ่ายแรงดันสูง อิเล็กโทรดคู่ที่ศักย์เป็นศูนย์ และไดอิเล็กทริกทำหน้าที่เป็นชั้นกั้น เป็นการปล่อยประจุความถี่สูงแรงดันสูงที่สร้างความต่างศักย์ระหว่างสองจุด โดยทั่วไปต้องต่อสายดินที่แรงดันเกิน 35 กิโลโวลต์และความถี่ 20 ถึง 25 กิโลเฮิรตซ์

การปรับสภาพด้วยโคโรนาปรับสภาพชิ้นงานสามมิติได้หรือได้เฉพาะฟิล์มแบน

การจัดวางอิเล็กโทรดแบบเฉพาะงานทำให้ปรับสภาพรูปทรงพื้นผิวได้หลากหลาย ทั้งแบน โค้ง เว้า และบริเวณที่ถูกบัง ตัวอย่างที่มีบันทึกไว้คือระบบปรับสภาพด้วยโคโรนาสำหรับคอนเนกเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งใช้อิเล็กโทรดแบบเข็มร่วมกับแบบลูกกลมเพื่อปรับสภาพรูสามมิติเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กและพื้นผิวภายนอกที่แบนไปพร้อมกัน ระบุไว้ในสิทธิบัตรสหรัฐฯ US5051586 (ปี 1991)

พลาสมาความดันบรรยากาศเป็นทางเลือกที่ถูกกว่าการปรับสภาพด้วยโคโรนาหรือไม่

โดยทั่วไปไม่ใช่ การปรับสภาพด้วยโคโรนามักได้ผลดีกว่าบนพื้นที่ขนาดใหญ่และที่ความลึกของการปรับสภาพมากกว่า และระบบพลาสมาความดันบรรยากาศจำนวนมากแพงกว่าไม่ใช่ถูกกว่า การเลือกควรอิงตามข้อกำหนดของการปรับสภาพและรูปทรง ไม่ใช่อิงตามข้อสันนิษฐานเรื่องต้นทุนเปรียบเทียบ

การปรับสภาพด้วยโคโรนาทำความสะอาดได้ดีเพียงใด

พบว่าได้ผลพอสมควรในการกำจัดคราบไฮโดรคาร์บอนที่มองไม่เห็นซึ่งหลงเหลือหลังการล้างด้วยตัวทำละลายหรือสารซักฟอก จึงมักถูกใช้เป็นขั้นตอนต่อจากการทำความสะอาด มากกว่าจะใช้แทนการทำความสะอาด

การปรับสภาพด้วยโคโรนาทำให้เกิดโอโซนหรือไม่

เกิด โอโซนเกิดขึ้นในบริเวณพลาสมาอันเป็นผลจากการปล่อยประจุไฟฟ้า และต้องได้รับการจัดการภายในระบบติดตั้ง